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Untersuchung der Ursachen von Ermüdungsrissen bei geringer Materialbeanspruchung

"Life unendlich" ist der Titel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bewillten Schwerpunktprogramms, das die Ursachen von Ermüdungsrissen bei geringer Materialbeanspruchung, aber hohen Belastungszyklen erforscht. 24 nationale Forschungsgruppen sind an dem Programm beteiligt, bewilligt wurde es im Jahr 2009, koordiniert wird es vom Lehrstuhl für Materialkunde und Werkstoffprüfung der Universität Siegen - unter Federführung von Professor Dr.-Ing. Hans-Jürgen Christ und Dr.-Ing. Martina Zimmermann. Kürzlich trafen sich rund 50 Wissenschaftler zu einem Kick-off an der Universität Siegen. Projektleiter und Doktoranden stellten ihre jeweiligen Teilprojekte vor, um in Workshops experimentelle Methoden, zu untersuchende Werkstoffgruppen und Simulationsansätze miteinander zu diskutieren und aufeinander abzustimmen.

Hintergrund der Forschungsinitiative ist, dass bisher zyklisch beanspruchte Bauteile bis zu der geforderten Mindestlebensdauer - ausgedrückt in der so genannten Bruchlastspielzahl - hinsichtlich der maximal erlaubten mechanischen Spannung ausgelegt werden. Bei Bauteilen, für die eine sehr hohe Lastspielzahl gefordert ist, wie beispielsweise Eisenbahnradsatzwellen, wird als angewandte Kenngröße die Dauerfestigkeit benutzt und als die Spannungsamplitude definiert, bis zu der keine Ermüdungsschädigung und somit unendliche Lebensdauer auftritt. Neueste Untersuchungen zeigen, dass auch im vermeintlich als dauerfest deklarierten Belastungsbereich nicht für jeden Werkstoff auch von einem unendlichen, dauerfesten Ermüdungsverhalten ausgegangen werden kann, sondern es auch in diesem Bereich zur Rissbildung, Rissausbreitung und damit zum Bauteilversagen kommen kann.

Im Schwerpunktprogramm werden die bei sehr hohen Lastspielzahlen ablaufenden Schädigungsmechanismen materialkundlich analysiert und mechanismenbasiert modelliert. Dies soll zur Entwicklung zuverlässiger und treffsicherer Vorhersagekonzepte für Bauteile mit quasi unendlicher Lebensdauer führen. Untersucht werden sowohl traditionelle Werkstoffe, wie Stähle und Leichtmetalllegierungen, aber auch moderne Verbundwerkstoffe, wie die endlosfaserverstärkten Polymere oder Werkstoffe, wie sie in miniaturisierten, mechanisch beanspruchten Systemen Anwendung finden.

Das Engagement des Teams um Professor Christ beschränkt sich jedoch nicht allein auf die Koordination des Programms. Die Siegener Wissenschaftler sind auch mit zwei eigenen Forschungsprojekten beteiligt.
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